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第1章 现代电机驱动：概述1

1.1 引言1

1.2 驱动技术的发展趋势2

1.2.1 电机2

1.2.2 功率变换器5

1.2.3 嵌入式控制和通信链接6

1.3 驱动设计方法8

1.4 实验装置10

第2章 电力电子变换器的调制12

2.1 引言12

2.2 单相半桥变换器13

2.3 单相全桥变换器16

2.4 三相变换器20

2.4.1 空间矢量调制25

2.5 死区效应29

2.6 实例教程31

2.6.1 实例教程1：脉宽调制的半桥变换器31

2.6.2 实例教程2：脉宽调制和死区效应的半桥变换器32

2.6.3 实例教程3：脉宽调制的全桥变换器33

2.6.4 实例教程4：脉冲居中的三相脉宽调制器36

2.6.5 实例教程5：脉宽调制的三相变换器37

2.6.6 实例教程6：无脉宽调制的三相简化变换器38

第3章 广义负载的电流控制42

3.1 单相负载的电流控制42

3.1.1 滞环电流控制42

3.1.2 基于模型的电流控制44

3.1.3 基于增强模型的电流控制48

3.2 三相负载的电流控制49

3.2.1 三相滞环电流控制50

3.2.2 基于模型的三相电流控制56

3.2.3 基于增强模型的三相电流控制61

3.2.4 滞环电流控制器和基于模型电流控制器的频谱61

3.3 实例教程63

3.3.1 实例教程1：单相滞环电流控制63

3.3.2 实例教程2：基于模型的单相电流控制64

3.3.3 实例教程3：基于方框法的三相滞环电流控制66

3.3.4 实例教程4：基于模型的三相电流控制66

3.3.5 实例教程5：采用简化方法无PWM的基于模型的三相电流控制70

第4章 驱动原理73

4.1 ITF和IRTF概念73

4.2 电磁转矩控制原理77

4.2.1 直流电机77

4.2.2 同步电机79

4.2.3 异步电机81

4.3 驱动动力学82

4.3.1 线性和旋转运动82

4.3.2 旋转到平移的变速器84

4.3.3 齿轮传动85

4.3.4 传动系统的动态模型86

4.4 转速闭环控制设计原理88

4.5 实例教程91

4.5.1 实例教程1：初级同步电机驱动91

4.5.2 实例教程2：初级异步（感应）电机驱动92

4.5.3 实例教程3：初级直流电机驱动93

4.5.4 实例教程4：驱动动力示例95

4.5.5 实例教程5：转速闭环控制设计示例95

第5章 直流电机的建模与控制98

5.1 电流控制的他励直流电机98

5.1.1 直流电机的符号模型99

5.1.2 直流电机的通用模型100

5.2 磁场定向的电机模型101

5.3 他励直流电机的控制102

5.3.1 控制器概念103

5.3.2 驱动器的工作边界104

5.3.3 基于IRTF模型的电流源108

5.3.4 基于模型的电流控制的电压源109

5.4 实例教程111

5.4.1 实例教程1：分段换向的有刷直流电机的电流源模型111

5.4.2 实例教程2：电流源和电压源的有刷直流电机建模112

5.4.3 实例教程3：具有弱磁控制器的电流源有刷直流电机113

5.4.4 实例教程4：基于模型的电流控制和弱磁控制器下的直流驱动运行116

5.4.5 实例教程5：基于模型的电流控制和转速控制环下的直流驱动118

5.4.6 实例教程6：直流电机的实验结果119

第6章 同步电机建模概念123

6.1 非凸极式电机123

6.1.1 非凸极式电机的符号模型123

6.1.2 通用模型125

6.1.3 转子定向模型：非凸极式同步电机126

6.1.4 稳态分析126

6.2 凸极式同步电机131

6.2.1 通用模型132

6.2.2 凸极式同步电机的转子定向模型133

6.2.3 稳态分析134

6.3 实例教程137

6.3.1 实例教程1：非凸极式同步电机的动态模型137

6.3.2 实例教程2：非凸极式同步电机的稳态模型139

6.3.3 实例教程3：同步电机的定子磁链励磁动态模型来阐述转子磁链定向概念141

6.3.4 实例教程4：凸极可调同步电机的动态模型141

6.3.5 实例教程5：凸极式同步电机的稳态分析142

第7章 同步电机驱动控制144

7.1 控制器工作原理144

7.2 非凸极式同步电机控制145

7.2.1 驱动限制条件下的运行146

7.2.2 非凸极永磁电机驱动的弱磁运行149

7.2.3 恒定定子磁链控制的非凸极永磁电机驱动的弱磁运行153

7.2.4 恒定定子磁链和单位功率因数控制的电励磁非凸极电机驱动的弱磁运行156

7.3 凸极式同步电机控制159

7.4 电流控制同步电机的磁场定向控制162

7.5 电压源同步电机的磁场定向控制163

7.6 实例教程165

7.6.1 实例教程1：非凸极式同步电机驱动165

7.6.2 实例教程2：恒定定子磁通下的非凸极式同步电机的驱动运行167

7.6.3 实例教程3：单位功率因数下的非凸极式同步电机的驱动运行167

7.6.4 实例教程4：凸极式同步电机驱动170

7.6.5 实例教程5：基于模型电流控制的永磁凸极式同步电机驱动172

7.6.6 实例教程6：非凸极式永磁同步电机驱动的实验结果173

第8章 异步电机建模概念178

8.1 笼型异步电机178

8.2 异步电机的零漏感模型179

8.2.1 基于IRTF的异步电机模型179

8.2.2 磁场定向模型180

8.3 具有漏感的电机模型184

8.3.1 基于基本IRTF的模型184

8.3.2 基于IRTF的通用模型185

8.3.3 静止坐标定向通用模型192

8.3.4 磁场定向通用模型192

8.3.5 同步参考坐标系定向的Heyland图201

8.3.6 电压源异步电机稳态分析201

8.4 参数辨识与定子和转子磁链幅值的估计203

8.5 单相异步电机205

8.5.1 容性单相异步电机的稳态分析209

8.6 实例教程214

8.6.1 实例教程1：异步电机简化模型214

8.6.2 实例教程2：通用异步电机模型214

8.6.3 实例教程3：静止坐标系定向的通用异步电机模型215

8.6.4 实例教程4：电流控制零漏磁定向电机模型217

8.6.5 实例教程5：电流控制的通用磁场定向模型218

8.6.6 实例教程6：根据铭牌数据和已知定子电阻的参数估计219

8.6.7 实例教程7：与电网连接的异步电机222

8.6.8 实例教程8：与电网连接的异步电机的稳态特性223

8.6.9 实例教程9：与电网连接的单相异步电机224

第9章 异步电机驱动控制228

9.1 伏频（V/f）控制228

9.1.1 简单V/f转速控制器230

9.1.2 具有测速传感器的V/f转矩控制器232

9.2 磁场定向控制234

9.2.1 控制器工作原理235

9.2.2 控制器结构236

9.2.3 UFO模块结构237

9.2.4 利用所测转速或转角的IFO238

9.2.5 具有气隙磁通传感器的DFO239

9.2.6 具有感应线圈的DFO240

9.2.7 具有电压和电流互感器的DFO241

9.2.8 具有电流和转速变送器的DFO242

9.3 转子磁链定向控制的驱动运行边界243

9.4 转子磁链定向异步电机驱动的弱磁运行246

9.5 磁场定向控制器和电流控制异步电机的接口249

9.6 磁场定向控制器和电压源异步电机的接口251

9.7 实例教程254

9.7.1 实例教程1：简化的V/f驱动254

9.7.2 实例教程2：转速传感器的V/f驱动256

9.7.3 实例教程3：电流源电机模型和已知转角的通用磁场定向控制258

9.7.4 实例教程4：UFO控制器和基于模型电流控制的异步电机驱动261

9.7.5 实例教程5：UFO控制器和弱磁控制器的转子磁链定向异步电机驱动263

9.7.6 实例教程6：UFO控制器异步电机的实验结果269

第10章 开关磁阻电机驱动系统273

10.1 电机基本概念274

10.2 工作原理276

10.2.1 单相电机概念276

10.2.2 转矩产生和能量转换原理277

10.2.3 单相开关磁阻电机：线性示例280

10.2.4 开关磁阻电机建模概念286

10.2.5 磁化特性的表示289

10.2.6 变换器和控制概念290

10.2.7 低速和高速驱动工作示例292

10.3 多相电机297

10.3.1 变换器概念298

10.4 开关磁阻电机驱动的控制300

10.4.1 驱动特性和工作范围300

10.4.2 驱动工作过程302

10.4.3 直接瞬时转矩控制310

10.5 开关磁阻电机样机316

10.6 实例教程319

10.6.1 实例教程1：电流励磁的线性开关磁阻电机分析319

10.6.2 实例教程2：电压励磁和滞环电流控制器的非线性开关磁阻电机322

10.6.3 实例教程3：电压励磁和PWM控制器的非线性开关磁阻电机323

10.6.4 实例教程4：电压励磁和滞环控制的四相非线性开关磁阻电机模型324

10.6.5 实例教程5：电压励磁和直接瞬时转矩控制的四相非线性开关磁阻电机模型327

附录332

附录A 缩略语332

附录B 符号表333

附录C 上／下角标表335

参考文献340